賦能功率器件測試 | 武漢普賽斯攜行業(yè)“利器”亮相首屆中國光谷九峰山論壇并受邀作主旨演講

  ICC訊 以化合物半導體為代表的半導體新材料快速崛起，未來10年將對國際半導體產業(yè)格局的重塑產生至關重要的影響。為進一步聚焦國際半導體光電子、半導體激光器、功率半導體器件等化合物半導體技術及應用的最新進展，促進化合物半導體產業(yè)全方位、全鏈條發(fā)展。4月19-21日，首屆中國光谷九峰山論壇暨化合物半導體產業(yè)發(fā)展大會于武漢召開。在湖北省和武漢市政府支持下，論壇由武漢東湖新技術開發(fā)區(qū)管理委員會、第三代半導體產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯盟(CASA)、九峰山實驗室、光谷集成電路創(chuàng)新平臺聯盟共同主辦。

  本屆論壇以“攀峰聚智、芯動未來”為主題，為期三天，通過開幕大會、5大主題平行論壇、超70+場次主題報告分享，邀請了500+企業(yè)代表，共同探討化合物半導體產業(yè)發(fā)展的新趨勢、產業(yè)新機遇、前沿新技術。

  期間，作為國內領先的光通信及半導體測試設備提供商，武漢普賽斯攜功率器件測試用脈沖源表、1000A高電流脈沖電源(多臺并聯至6000A)、3.5kV高壓源測單元(可拓展至10KV)，以及100ns Lidar VCSEL wafer測試機亮相大會。公司副總經理王承受邀帶來了《 功率器件靜態(tài)參數測試影響因素探究》主題分享。

  功率半導體規(guī)模全球乘風起勢

  功率半導體器件一直是電力電子技術發(fā)展的重要組成部分，是電力電子裝置實現電能轉換、電源管理的核心器件，又稱為電力電子器件，主要功能有變頻、變壓、整流、功率轉換和管理等，兼具節(jié)能功效。隨著電力電子應用領域的不斷擴展和電力電子技術水平的提高，功率半導體器件也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新，其應用領域已從工業(yè)控制和消費電子拓展至新能源、軌道交通、智能電網、變頻家電等諸多市場，市場規(guī)模呈現穩(wěn)健增長態(tài)勢。

  Yole數據顯示，全球 SiC 功率半導體市場將從2021年的11億美元增長至2027年的63億美元，年復合年增長率(CAGR)將超過34%，GaN功率器件市場將從2021年的1.26億美元增長到2027年的20億美元，年復合年增長率(CAGR)高達的59%。雖然 Si 仍是主流半導體材料，但第三代半導體滲透率仍將逐年攀升，整體滲透率預計于2024年超過10%，其中 SiC 的市場滲透率有望接近10%。

  寬禁帶半導體是支撐

  智能、綠色、可持續(xù)發(fā)展的新力量

  隨著行業(yè)技術革新和新材料性能發(fā)展，功率半導體器件結構朝復雜化演進，功率半導體的襯底材料朝大尺寸和新材料方向發(fā)展。以SiC(碳化硅)、GaN(氮化鎵)為代表的第三代寬禁帶半導體材料迅速崛起，它們通常具有高擊穿電場、高熱導率、高遷移率、高飽和電子速度、高電子密度、高溫穩(wěn)定性以及可承受大功率等特點，使其在光電器件、電力電子、射頻微波器件、激光器和探測器件等方面展現出巨大的潛力。

  碳化硅(SiC)功率半導體

  先進生產力代表之一

  碳化硅(Silicone Carbide, SiC)是目前最受行業(yè)關注的半導體材料之一，從材料層面看，SiC是一種由硅(Si)和碳(C)構成的化合物半導體材料;絕緣擊穿場強(Breakdown Field)是Si的10倍，帶隙(Energy Gap)是Si的3倍，飽和電子漂移速率是硅的2倍，能夠實現“高耐壓”、“低導通電阻”、“高頻”這三個特性。

  從SiC的器件結構層面探究，SiC 器件漂移層電阻比 Si 器件要小，不必使用電導率調制，就能以具有快速器件結構特征的 MOSFET 同時實現高耐壓和低導通電阻。與 600V～900V 的 Si MOSFET 相比，SiC MOSFET具有芯片面積小、體二極管的反向恢復損耗非常小等優(yōu)點。

  不同材料、不同技術的功率器件的性能差異很大。市面上傳統的測量技術或者儀器儀表一般可以覆蓋器件特性的測試需求。但是寬禁帶半導體器件SiC(碳化硅)或GaN(氮化鎵)的技術卻極大擴展了高壓、高速的分布區(qū)間，如何精確表征功率器件高流/高壓下的I-V曲線或其它靜態(tài)特性，這就對器件的測試工具提出更為嚴苛的挑戰(zhàn)。

  基于國產化高精度數字源表(SMU)的

  靜態(tài)參數測試方案

  靜態(tài)參數主要是指本身固有的，與其工作條件無關的相關參數。靜態(tài)參數測試又叫穩(wěn)態(tài)或者DC(直流)狀態(tài)測試，施加激勵(電壓/電流)到穩(wěn)定狀態(tài)后再進行的測試。主要包括：柵極開啟電壓、柵極擊穿電壓、源極漏級間耐壓、源極漏級間漏電流、寄生電容(輸入電容、轉移電容、輸出電容),以及以上參數的相關特性曲線的測試。

  圍繞第三代寬禁帶半導體靜態(tài)參數測試中的常見問題，如掃描模式對SiC MOSFET 閾值電壓漂移的影響、溫度及脈寬對SiC MOSFET 導通電阻的影響、等效電阻及等效電感對SiC MOSFET導通壓降測試的影響、線路等效電容對SiC MOSFET測試的影響等多個維度，針對測試中存在的測不準、測不全、可靠性以及效率低的問題，普賽斯儀表提供一種基于國產化高精度數字源表(SMU)的測試方案，具有更優(yōu)的測試能力、更準確的測量結果、更高的可靠性與更全面的測試能力。